TW201448281A - 封裝具有底部反射器的發光二極體透鏡 - Google Patents

封裝具有底部反射器的發光二極體透鏡 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種貼附於安裝於一基板上之一LED晶粒上方以封裝該LED晶粒之透鏡。該透鏡可具有經塑形為一圓頂或其他形狀以達成所要光圖案之一頂部表面。該透鏡具有用於該LED晶粒之一腔。諸如環繞該LED晶粒之具有一傾斜表面之一或多個小面環之一反射器圖案經模製至該透鏡之底部表面中。該小面環之該傾斜表面向上反射來自該LED晶粒之向下或淺光發射。不同半徑及高度之複數個小面環可形成於該透鏡之該底部中用於塑形該光發射。可使用任何適合形狀之小面。該等小面環可經形成以致使LED模組發射一窄光束或其他光發射圖案。

Description

封裝具有底部反射器的發光二極體透鏡
本發明係關於封裝發光二極體(LED)且特定而言係關於封裝具有一透鏡(具有底部反射特徵)之一LED晶粒。
將一LED晶粒安裝於一基台(一基板)上且將一預成形圓頂透鏡定位於該LED晶粒上方以將其封裝係常見的。圓頂透鏡具有用於LED晶粒之含有一透明或半透明彈性聚矽氧之一腔。透鏡之底部原本係平坦的。在將圓頂透鏡按壓於LED晶粒上方時，聚矽氧填充LED晶粒周圍之空隙。
藉助此一結構，光發射通常係朗伯的(lambertian)。自LED晶粒之側或以一淺角度發射之光通常係廢棄光，此乃因有用光發射通常係沿一向前方向發射之光。此等經封裝LED晶粒已安裝於小反射圓錐形杯中以沿向前方向引導所有光，但此等杯將成本及大小添加至LED模組。
另外，沿一向下方向發射之光可由基台表面稍微吸收且以一淺角度反射。因此，此光亦可係廢棄的。
需要不遭受上文所提及之缺陷之一透鏡封裝技術。
在一項實施例中，LED晶粒之一陣列安裝於一基台晶圓上，其中該等LED晶粒之電極電連接至該基台晶圓上之金屬墊。可使用覆 晶LED或線接合LED。本發明亦適用於一次處理一單個LED。
透鏡係(諸如)藉由一模製程序而預成形的。該等透鏡可由一經硬化聚矽氧或其他適合透明材料形成。該等透鏡通常係圓形的且可具有經塑形為一圓頂或其他形狀以達成所要光圖案之一頂部表面。該等透鏡具有用於該LED晶粒之一腔。諸如具有一傾斜表面之一小面環之一反射器圖案經模製至該透鏡之底部表面中。在一項實施例中，該等小面係模製至該透鏡之該底部表面中之傾斜壓痕。該等角度可係平坦或圓形的。
可視情況用諸如一反射金屬膜之一反射膜來塗佈該透鏡之底部及該等小面。
經軟化聚矽氧施配於該腔中。
在將該透鏡按壓於該LED晶粒上方時，該腔中之該聚矽氧封裝該LED晶粒，且該LED晶粒由該小面環環繞。該小面環之該傾斜表面向上反射來自該LED晶粒之向下或淺光發射。若一反射膜未塗佈該等小面，則可藉由全內反射(TIR)來進行向上反射。
不同半徑及高度之複數個同心小面環可形成於該透鏡之該底部中用於擴散該光發射。該等不同小面環之角度可係不同或相同的。在另一實施例中，該等小面環取決於所要發射圖案而不需要係圓形而可係正方形、矩形、橢圓形或其他形狀。類似地，該透鏡可具有任何形狀。
該等小面環可經形成以致使LED模組發射一窄光束或其他光發射圖案。該透鏡之該頂部表面可經塑形以達成任何光發射圖案。
在另一實施例中，該透鏡之該底部表面經形成以經修圓以向上反射該LED光。
可用一反射膜來塗佈該基台晶圓之該頂部表面。
封裝程序可以一晶圓級執行以簡化處置且減少成本。在該封裝 程序之後，該基台晶圓經單粒化以形成該等個別LED模組。
本發明闡述其他實施例。
10‧‧‧基台晶圓/晶圓
12‧‧‧發光二極體晶粒/典型發光二極體
14‧‧‧透鏡/預成形透鏡
16‧‧‧發光二極體晶粒腔/中心腔/腔
18‧‧‧小面/圓形第一小面
20‧‧‧光線
22‧‧‧小面/圓形第二小面
24‧‧‧光線
26‧‧‧光線
28‧‧‧黏合聚矽氧/聚矽氧
30‧‧‧發光二極體晶粒電極
32‧‧‧導通體
34‧‧‧底部墊/墊
36‧‧‧單粒化線
42‧‧‧透鏡
44‧‧‧光線
圖1係填充有LED晶粒之一陣列之一基台晶圓之一俯視圖。
圖2係平分一透鏡之圖解說明LED晶粒腔及形成於根據本發明之一項實施例之透鏡之底部中之反射小面之一剖面圖。
圖3係展示圓形小面之頂點及LED晶粒腔的圖2之透鏡之一俯視圖。
圖4係填充有LED晶粒之一基台晶圓之一剖面圖，其中圖2之透鏡已定位於LED晶粒上方以將其封裝。
圖5係根據本發明之另一實施例之平分一透鏡之一剖面圖。
用相同編號來標示相同或類似之元件。
圖1圖解說明填充有LED晶粒12之一陣列之一基台晶圓10。在另一實施例中，一次僅處理一單個LED晶粒12。LED晶粒12可係包含覆晶、垂直、線接合等之任何類型。在簡化實例中，僅展示十二個LED晶粒12，但在一實際實施例中，數百個LED晶粒12將通常安裝於一單個基台晶圓10上。LED晶粒12通常係每側約1mm。基台晶圓10可係習用的(諸如具有導電跡線之一陶瓷晶圓)或可由另一材料形成。晶圓10亦可係矩形、六邊形或任何其他適合形狀。
圖2係根據本發明之一項實施例之一預成形透鏡14之一剖面圖。圖3係圖解說明小面18及22之頂點以及LED晶粒腔16之輪廓之透鏡14之一俯視圖。圖4圖解說明安裝於LED晶粒12上方之透鏡14。透鏡14可係一經模製聚矽氧。針對一典型LED晶粒，透鏡14可具有約3mm至5mm之一直徑。
透鏡14具有稍微大於LED晶粒12之一中心腔16。環繞腔16 之係重新引導LED晶粒之側光向上之反射特徵。在圖2之實例中，一圓形第一小面18具有向上反射任何側光之一傾斜面，如圖4中藉由光線20所展示。一圓形第二小面22延伸一較遠距離進入至透鏡14中且具有亦向上反射射入光(諸如圖4中之光線24)之一傾斜面。任何其他類型之反射特徵可形成於透鏡14之底部表面中以向上反射光。
在另一實施例中，小面18及22之光射入面不係平坦的而係彎曲的(諸如抛物面的)以形成一較窄光束。添加不同高度之小面之較多同心環可用於跨越透鏡14之頂部表面使光發射擴散。
在另一實施例中，小面18及22取決於所要發射圖案而形成係正方形、矩形、橢圓形或其他形狀之環。透鏡14亦可取決於所要發射圖案而係正方形、矩形、橢圓形或其他形狀。
在一項實施例中，用諸如一反射金屬膜之一反射膜來塗佈小面18及22以及透鏡14之底部表面之其餘部分。在另一實施例中，不存在塗佈小面18及22之反射膜，且小面18及22界定一氣隙。在光於一角度範圍內射入時，透鏡/空氣界面處之不同折射率產生TIR。甚至通過小面18及22之光因該光被小面18及22折射而仍可發射，且在某些情形中，自基台晶圓10之表面反射。
基台晶圓10可具有諸如白色塗料或一反射金屬環之一反射層。圖4圖解說明自基台晶圓10表面反射之一光線26。
不是形成小面環，而是小面可係個別小面之一陣列以較均勻地散佈光。在此一情形中，圖2將圖解說明四個單獨小面，其各自具有一矩形反射光射入表面。
具有通常在LED晶粒12及透鏡14之折射率之間的一折射率之一黏合聚矽氧28(圖4)施配於腔16中及透鏡14之底部表面上。腔16中之聚矽氧28係可變形的。然後，如圖4中所展示，將透鏡14 按壓於LED晶粒12上方以致使腔16中之聚矽氧28在LED晶粒12周圍變形以封裝LED晶粒12。可在一真空中執行封裝以移除空氣。然後，將黏合聚矽氧固化以硬化。在另一實施例中，用以在腔16中封裝LED晶粒12之聚矽氧28不同於透鏡14之底部上之黏合劑以使得能夠最佳化兩種材料。腔16中之聚矽氧28不需要係一黏合劑且可保持彈性以適應LED晶粒12及透鏡14之熱膨脹之係數差。
圖4圖解說明接合至基台晶圓10之對應金屬墊之LED晶粒電極30。基台晶圓10之金屬墊連接至延伸穿過基台晶圓10且在底部墊34中終止之導通體32。墊34可在單粒化後焊接至一印刷電路板。展示一單粒化線36。可藉由鋸割或其他技術進行單粒化。單粒化可將晶圓10劃分成個別裝置或裝置陣列。
基台晶圓10及經單粒化基台部分亦可稱作一基板。基板可代替墊34而採用至一電源之任何類型之電子連接器。
圖5圖解說明用於向上反射LED晶粒12之光線44之透鏡42之底部之另一形狀。該形狀通常係連接至一上部球面形狀之一抛物面碗形狀。諸多其他形狀之反射表面可用以反射低角度LED光以使得所發射光束係相對窄的。實際上，任何光束形狀係可達成的。可藉由TIR來進行反射或用一反射材料塗佈透鏡42之底部表面。
透鏡14之頂部表面可係任何形狀以進一步塑形光發射圖案。某些形狀包含一粗糙化表面、一波紋狀表面、一菲涅爾(Fresnel)透鏡表面、一準直透鏡表面等。大部分LED晶粒發射係來自其頂部表面，因此透鏡頂部表面形狀將係用於引導光之主要手段。透鏡形狀與反射器形狀之組合可用以形成明亮光之一極窄光束。
不是透鏡14係預成形的，而是透鏡14可在一壓縮模製程序中直接模製於LED晶粒12上方並固化。在此一情形中，不使用任何黏合劑或腔填充材料。
LED晶粒12可包含用於形成包含白色光之任何光發射色彩之磷光體。多個LED晶粒可互連並配置於一單個LED模組之一陣列中且藉由具有一適合大腔之一單個透鏡封裝所有LED晶粒。
透鏡14可含有磷光體以將由LED 14發射之光轉換成白色光或任何其他適合光。典型LED 12將發射藍色光且透鏡14將包含YAG磷光體。
藉由使用本發明，不需要將LED晶粒安裝於一反射杯中。
儘管已展示及闡述本發明之特定實施例，但將對熟習此項技術者顯而易見的係：可在不背離本發明之更廣泛態樣下進行改變及修改，且因此，隨附申請專利範圍欲將所有此等改變及修改涵蓋在其範疇內，如同此等改變及修改屬於本發明之真正精神及範疇內一般。
14‧‧‧透鏡/預成形透鏡
16‧‧‧發光二極體晶粒腔/中心腔/腔
18‧‧‧小面/圓形第一小面
22‧‧‧小面/圓形第二小面

Claims (16)

  1. 一種發光裝置，其包括：一發光二極體(LED)晶粒，其安裝於一基板上；及一透鏡，其上覆於且封裝該LED晶粒，該透鏡具有一不平坦底部表面，該不平坦底部表面具有至少一個傾斜表面以重新引導射入光向上穿過該透鏡之一頂部表面。
  2. 如請求項1之裝置，其中該透鏡之該頂部表面係一圓頂。
  3. 如請求項1之裝置，其中該透鏡之該頂部表面經塑形以進一步重新引導光。
  4. 如請求項1之裝置，其中該透鏡之該底部表面含有至少一個小面。
  5. 如請求項4之裝置，其中該至少一個小面包括環繞該LED晶粒之至少一個小面。
  6. 如請求項4之裝置，其中該至少一個小面包括一光射入表面，其中該小面在至少一個維度上係平坦的。
  7. 如請求項4之裝置，其中該至少一個小面包括一光射入表面，其中該小面在至少一個維度上係彎曲的。
  8. 如請求項4之裝置，其中該至少一個小面包括環繞一第二小面環之至少一第一小面環。
  9. 如請求項4之裝置，其中該至少一個小面包括個別小面之一陣列。
  10. 如請求項1之裝置，其中該透鏡之該底部表面係向上彎曲的。
  11. 如請求項1之裝置，其中該透鏡進一步包括該LED晶粒位於其中之一腔，該裝置進一步包括該腔中之一可變形物質以封裝該LED晶粒。
  12. 如請求項1之裝置，其中該基板具有一反射表面。
  13. 如請求項1之裝置，其中該透鏡具有貼附至該基板之其底部表面之至少一部分。
  14. 一種操作一發光裝置之方法，其包括：將一發光二極體(LED)晶粒通電，該LED晶粒自其頂部表面以及自其側表面發射光；及藉由形成於封裝該LED晶粒之一透鏡之一底部表面中之一反射圖案而重新引導由該LED晶粒之該等側表面發射之該光中之至少某些光。
  15. 如請求項14之方法，其中該反射圖案包括環繞該LED晶粒之模製至該透鏡之該底部表面中之至少一個小面，該小面具有朝向該透鏡之一頂部表面反射光之一傾斜表面。
  16. 如請求項15之方法，其中該至少一個小面包括環繞一第二小面環之一第一小面環。
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